工频接地电阻测量技术探讨

颜台永

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

工频接地电阻测量技术探讨

颜台永

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

工频接地电阻测量是电气测量的基本参数之一，但在实际测量存在许多问题，导致测量结果不准确，文章以最常用的三极直线法测量工频接地电阻为例，结合国家有关规范和标准的要求, 对接地装置的接地电阻测量原理进行分析和总结,提出提高测量结果准确性的意见和建议。

接地装置；接地电阻；工作建议

1 概述

接地在建筑、通讯、电力等众多行业之中，起着安全防护和屏蔽等作用，通常我们将接地分为：保护接地、防雷接地、工作接地和系统接地等等。接地装置的接地是指埋设在地下的接地电极（网）与由该接地电极到设备之间的连接导线的总称。根据接地工作的要求不同，将埋在地下的多个金属接地极和这些接地极相互连接组成网状结构（简称接地网），接地网有大有小，有的非常复杂庞大，也有的只由一个接地极构成。衡量接地效果的重要指标之一就是工频接地电阻（以下简称接地电阻）。接地电阻大小直接体现了接地装置与“地”接触的良好程度。因此各级标准或设计规范对接地装置的接地电阻均有明确的要求，归纳起来主要有：接地电阻不应大于lΩ或4Ω或l0Ω等等。

接地装置的接地电阻是指电流经过接地体进入大地并向周围扩散时所遇到的电阻，因此接地电阻值的大小由4部分电阻决定：a) 接地引线的电阻；b) 接地极本身的电阻；c) 接地极表面与土壤的接触电阻；d) 土壤电阻。

三极直线法是接地电阻测量中使用最多和最常用的方法，以下就其测量原理、测量方法、现场测量存在问题以及提高测量结果准确性等问题提出探讨。

2 . 测量原理

三极直线法测量接线如图1所示，测试时被测接地装置E、电压辅助极P与电流辅助极C三点布置在一条直线上且垂直于接地网。

E——被测接地装置

P——测量用的电压辅助极

C——测量用的电流辅助极

图1 三极直线法测量原理接线图

若在被测接地装置E和测量用的电流辅助极C之间施加电源电压，此时电位分布如图2 所示。

图2 接地电阻测量电位分布图

由此可以看出, 在接地极E和电流辅助极C两点之间的P点区域, 电位趋近于零, 这就是要测量的电压辅助极P的位置，此时的电压表和电流表的指示值U和I代入式 中去，得到被测接地装置的工频接地电阻，这就是三极直线法测量接地电阻的基本原理。

3 标准测量方法

根据GB/T 21431-2008《建筑物防雷装置检测技术规范》，选取=（4～5） 和=（0.5～0.6），D为接地网的最大对角线长度尺寸，此时的点P可以认为是处于零电位区域内。当取（4～5）值有困难，若接地网周围的土壤电阻率较均匀时，可以取3D值，值取1.7D值。把此时的电压表指示值U和电流表指示值I代入公式 ，得出的R值就是被测接地装置的接地电阻值。

根据GB/T17949.1-2000《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则 第1部分常规测量》，如果被测接地网电极和电流辅助极C是相同的接地极且距离足够大，则=0.5；如果被测接地网电极和电流辅助极C都是半圆形电极，且E和C距离较小，土壤又是同质，则=0.618[1]。

由此可见，三极直线法测量接地电阻时，由于测量地区的土壤电阻率不一定都是均匀的，而且地下岩石、沟道以及在地下还可能有各种金属管道等等，都将影响电流场的分布，给测量位置带来偏差。为了保证测量结果准确性，必须较准确地找到零电位区域，所以在GB/T 21431-2008中要求把电压辅助极P位置在被测接地装置与电流辅助极C的连接直线方向上移动三次，每次移动约为5%距离，分别测量电压辅助极P的电压值，如果三次电压值之间偏差不超过5%，就可以把这三次测量的中间一次位置作为电压辅助极P的位置[2]。

4 现场测量常见存在问题

4.1 测量仪器问题

笔者见到的防雷、消防等检测实验室，都有接地电阻测量项目，都在使用便携式接地电阻测试仪作为接地电阻测量仪器；而且不管接地网的大小，都用此仪器测量接地电阻，因此存在如下问题：

（1）所配备的电流辅助极和电压辅助极的连接引线较短，一般只有40m、20m、10m或更短的，根据=（4～5） 或= 3 要求，因此连接引线不能满足较大接地网的接地电阻测量要求。

（2）所配备的接地辅助极本身较短，一般只有200mm左右；所配备的连接引线也较细，截面积一般不大于1.5mm2，从接地电阻的测量原理可知，接地辅助极较短，无法插入土壤较深，与土壤接触电阻较大，而且连接引线截面积较小，导致测量回路电阻较大电流较小，降低了仪器的灵敏度，影响测量结果的准确性。

4.2 人员操作问题

测量者手上一般没有被测接地网的图纸，加上现场测量条件较为复杂，所以对电流辅助极的位置选择较为随意，位置不一定能达到=（4～5）或 = 3 的要求，经常出现电流辅助极位置太靠近接地网，有的可能还在接地网内；同样对电压辅助极位置的选择更为随意，相当多测量者只选一个位置，没有通过移动电压辅助极位置来寻找零电位点，没有按标准要求方法进行移动三次测量。

4.3 测量理论依据问题

以上测量原理和国家标准的接地电阻测量方法，都是基于欧姆定律得到的，即在一个回路上测量一个电流I值和一个电压U值，所测得的U/I值作为接地电阻R的值。经相关研究结果，大地不是金属材料而是固体介质，它的导电现象有些特殊规律，不一定服从欧姆定律[3]。所以按标准方法测量的接地电阻测量方法存在偏差。

5 提高测量结果准确性的意见和建议

5.1 降低测量装置的内阻

如果测量回路内电阻太大，在一定的测量电压下，测量电流就很小，不仅影响测量灵敏度，而且测量误差也大。有时甚至测量仪器或仪表都没有反映，测不出结果来。因此降低测量装置的内阻措施有：

（1）保持测量回路接触良好。不管是电压辅助极还是电流辅助极，使用时间长了易出现氧化锈蚀现象，造成与土壤或与测量连接引线接触不良，有相当多的连接引线采用鳄鱼夹也常出现接触不良，因此需经常除锈处理，保持接触良好。

（2）降低电流辅助极本身的电阻。可以采用加大接地极直径或增加长度，或用多根电流极并联等方法；如果电流辅助极所在的位置是比较干燥的, 可以给电流辅助极周围注水等方法措施。

（3）降低测量连接引线电阻。可以采用加大连接引线截面积方式；对接地网尺寸较小的，可以配备使用较短的连接引线。

5.2 电压辅助极位置的调整

从测量原理可知，电压辅助极位置是否落到零电位区域很重要。在具体测量中，可在三极连成的直线上，在稍大的区域范围内，例如在（0.5～0.7）的距离范围内，采用移动电压辅助极测量位置来找寻大地零电位点的准确位置。通常进行5～7个点的测量，移动电压辅助极在接地装置和电流辅助极之间的位置，分别测量出不同的电压辅助极位置时对应的接地电阻，做出接地电阻随电压辅助极位置改变的变化曲线，曲线平坦段对应的接地电阻即为该接地装置的接地电阻。

5.3 增加测试电压和电流

从上述分析便携式接地电阻测试仪存在的问题可知，由于工作电压不高电流较小，会降低了仪器的灵敏度，影响测量结果的准确性，因此要加大测试电压和电流；另外，对于正在运行的电力设施的接地系统，由于三相线路负载经常不平衡，导致接地体上会有一些零序电流流过，产生零序电流干扰，为消除该干扰，最好办法是加大测试电流。此外，加大测试电流也可以减弱其它电磁波的干扰。当然，要加大测量电流，就必须加大测量电压，导致测量电源容量加大，在这测量现场实现起来是比较困难的，这样就不能用简单的便携式接地电阻测试仪，要用其它的测量仪器和其它接地电阻测试方法了。

5.4 更多了解被测接地装置及其周边信息

测量前不仅要拿到被测接地装置的图纸资料，还要了解周边环境条件、地质结构以及地下管网布置等信息，地下或空中是否存在高电压线路经过等等，才能选择合适测量电极位置，并保证测量者安全。

综上所述，要较准确获得接地装置的工频接地电阻值，必须要更多了解被测接地装置及其周边信息，选择使用合适的仪器设备，掌握正确的测量方法和技术，采取多次或多种测量方法等。

[1]接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则 第1部分 常规测量 GB/T17949.1-2000 [S].

[2]建筑物防雷装置检测技术规范 GB/T 21431-2008 [S].

[3]斯卡那维. 电介质物理学[M]. 北京:高等教育出版社,1958:298-319.

Technical Research for the Measurement of Power Frequency Grounding Resistance

YAN Tai-Yong
(Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality, Fuzhou 350002, Fujian, China)

The measurement of power frequency grounding resistance is one of the basic parameters of electrical measurements. But there are many problems in the actual measurement, which lead to inaccurate results .The article uses an example for the most commonly used three pole straight-line method measuring power frequency grounding resistance. Based on relevant national norms and standards requirements,the article analyzes and summarizes the measuring principle of grounding resistance for grounding device, and puts forward opinions and suggestions to improve the accuracy of measurement results.

Grounding device; Grounding resistance; Work suggestion

2013-10-09

颜台永，男，福建省产品质量检验研究院，高级工程师